《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：ELK1/NOL3/GRP78 axis regulates proliferation and stemness in TP53-mutant colon cancer by enhancing adaptive endoplasmic reticulum stress
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TP53突变型结直肠癌中适应性ER应激通过ELK1/NOL3/GRP78轴促进肿瘤进展和干细胞特性，NOL3作为独立预后不良因子与化疗耐药相关。
Lifen Zhang|Yang Gao|Jingjing Xu|Jiahao Ye|Youle Wen|Tian Li|Weiling He
厦门大学医学院厦门安医院胃肠外科，中国福建省厦门市361000
摘要
背景
携带TP53突变的结肠癌具有高度侵袭性，且生存期较短。内质网（ER）应激的适应形式而非凋亡形式能够赋予TP53突变肿瘤细胞更强的蛋白质折叠能力、代谢可塑性和化疗耐药性。然而，驱动癌干细胞内这种细胞保护程序的上游调控因子仍不清楚。
方法
通过对TP53突变型和野生型肿瘤进行单细胞RNA-seq分析，识别与内质网应激和线粒体代谢相关的差异表达基因（EMRDEGs）。利用DESeq2和LASSO回归从TCGA-COAD和GEO队列中构建了一个四基因预后标志物。功能分析包括在TP53突变型（SW480、HT-29）和TP53野生型（HCT116）结肠癌细胞中进行的功能获得和丧失研究，随后进行了CCK-8、克隆形成、微球形成、异种移植、双荧光素酶报告基因、共免疫沉淀和Western blot检测。
结果
TP53突变肿瘤干细胞表现出内质网应激和线粒体代谢途径的同步激活，这指导了EMRDEGs的选择。在这些标志基因中，核仁蛋白3（NOL3）作为一个独立的不良预后因子被识别出来，它与疾病进展阶段、淋巴结转移和总体生存期缩短相关。NOL3以TP53突变依赖的方式增强了细胞增殖和癌干细胞特性。机制上，ELK1通过转录上调NOL3，NOL3与GRP78相互作用激活未折叠蛋白反应的PERK/CHOP通路，从而放大了适应性的内质网应激。
结论
ELK1/NOL3/GRP78轴通过增加适应性的内质网应激和干性来促进TP53突变结肠癌的进展。NOL3作为一个有价值的预后生物标志物和潜在的治疗靶点。
引言
结肠癌约占所有结直肠癌（CRC）病例的70%，每年新增病例超过一百万例，在全球癌症相关死亡率中排名第二，这一负担持续增加[1]、[2]、[3]、[4]。尽管根治性手术仍是局部肿瘤治疗的基石，但仍有三分之一的患者在五年内出现局部复发或远处转移，这凸显了迫切需要揭示维持残余疾病的生物学机制[5]。除了经典的染色体不稳定外，大约50%的结肠癌存在TP53突变，这些突变与加速的细胞增殖、治疗抵抗性和缩短的无复发生存期密切相关[6]、[7]。这些突变不仅破坏了肿瘤抑制功能，还赋予了促进化疗耐药性的新功能，突显了阐明驱动TP53突变结肠癌持续生长的分子机制的紧迫性。
在过去十年中，内质网（ER）和线粒体不仅被视为独立的细胞器，而是作为对癌干细胞（CSC）生存和免疫逃逸至关重要的整合信号中心[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。虽然长期的内质网应激会引发细胞凋亡，但适应性的内质网应激是一种短暂且受到严格调控的未折叠蛋白反应（UPR）激活形式。它通过增强蛋白质折叠能力、调节代谢重编程和促进细胞生存来提供细胞保护优势，从而促进肿瘤进展[13]。先前的研究已经将几种UPR相关分子与CRC进展联系起来。例如，葡萄糖调节蛋白78（GRP78）是内质网的主要伴侣蛋白和UPR的主要调控因子，在CRC组织中高度表达。这种高表达与不良结果相关，因为它增强了细胞活力和血管形成[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。最近的一项研究表明，GCS1通过招募USP10来去泛素化GRP78，从而稳定GRP78并减轻内质网应激介导的细胞凋亡[19]。尽管有这些发现，大多数研究仍然集中在单个UPR组分或内质网应激失调的病理后果上，而具体调控适应性内质网应激激活的上游因子，包括在TP53突变结肠癌中的因子，以及将适应性内质网应激与结肠癌细胞增殖和干性联系起来的因果分子机制仍不清楚。
由核糖体生物发生缺陷、营养剥夺或氧化损伤引发的核仁紊乱会释放核仁蛋白，这些蛋白既涉及p53依赖性途径也涉及p53非依赖性途径，从而将核糖体不足与内质网应激传感器耦合[20]。在参与应激信号传导的核仁蛋白中，NOL3（核仁蛋白3）已被证实是多种恶性肿瘤的致癌驱动因子。CRC组织中高水平的NOL3表达与疾病进展阶段、淋巴结转移和总体生存期缩短相关[21]、[22]。基因组资源联盟（2022–04）注释NOL3具有死亡效应域结合活性，并可能参与细胞内钙稳态，这一功能对内质网-线粒体Ca2+流动和UPR调节至关重要[23]、[24]、[25]。这些特征使NOL3成为核仁信号传导与适应性内质网应激之间相互作用的合理介质，从而将核仁功能障碍与促进干性的细胞保护程序联系起来。
总体而言，这些观察结果表明存在一个尚未被描述的调控轴，该轴将核仁应激感应与TP53突变癌干细胞中的适应性内质网应激输出耦合起来。因此，识别调控这一相互作用的分子骨架对于理解TP53突变肿瘤如何维持其侵袭性的干性表型至关重要。在这里，我们结合单细胞RNA-seq和批量转录组分析，无偏地发现了将内质网应激信号传导与TP53突变结肠癌中的线粒体代谢联系起来的基因。这一基于发现的筛选突出了核仁蛋白3（NOL3）作为主要候选者，促使我们测试NOL3在TP53突变背景下将核仁功能障碍转化为适应性内质网依赖性干性和肿瘤增殖的关键上游调控因子的假设。结合基因工程细胞系、异种移植模型和ELK1–NOL3–GRP78/PERK/CHOP轴的机制解析，我们将建立一个基于生物标志物的TP53改变结肠癌精准治疗框架。
数据获取
在TP53突变结肠癌中识别预后EMRDEGs
本研究的流程图如图1所示。为了优先识别特定于TP53突变结肠癌的功能途径，我们首先对CRC样本进行了scRNA-seq分析。共有63,689个高质量细胞（16,404个正常上皮细胞和47,285个肿瘤细胞）被聚类为30个不同的亚群，在UMAP投影上肿瘤细胞与正常细胞有明显的分离（图2A）。专注于肿瘤细胞，我们通过共同高表达经典...
解释
结肠癌仍然是全球健康的重大负担，TP53突变驱动了侵袭性表型，而治疗抵抗性是大多数复发相关死亡的主要原因[1]、[26]。我们结合大规模结肠癌队列的生物信息学分析和功能实验，发现了TP53突变结肠癌中的新调控机制。我们的主要发现表明，NOL3作为一个独立的不良预后指标，其表达升高与...
出版同意
所有作者均同意发表。
伦理批准
同位肿瘤异种移植的程序得到了西安交通大学动物护理和使用委员会（编号XJTU-2025-1937）的批准。
资助
本工作得到了国家重点研发计划（2022YFC3401000）、广东省科技计划（2021B1212040017）、国家自然科学基金（8247208）、福建省自然科学基金（2024J011004）以及福建省卫生健康高层次人才团队（XM050005）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢Hung Yoo编辑团队提供的语言编辑服务。
